粉末的成形

成型的理论基础 粉末的工艺性能 粉末在压力下的运动行为 成形方法
成型的理论基础 粉体的堆积与排列
表 理想球形颗粒的堆积类型、堆积密度和配位数
排列 简单立方 体心立方 面心立方 六方密堆 堆积密度% 52 68 74 74 配位数 6 8 12 12
粉末的工艺性能
1、松装密度 2、流动性 3、压缩性 4、成形性
序号 1 2 提出时间 1923 1930 著者姓名 汪克尔 L. F. Athy 艾西 M. Balshin 巴尔申 公 β=k1-k2lgP θ=θ0e-βP 式 注 解 k1， k2—系数 P—压制压力，β—相对密度 θ—压力 P 时的空隙率 θ0—无压力时的空隙率 β—压缩系数 Pmax—相应于压至最紧密状态(β=1)时的单位压力 L—压制因素 m—系数 β—相对体积 d 压—压坯密度 d 松—粉末松装密度 C—粉末体积减少率 a、b—系数 A、κ—系数 σs—金属粉末的屈服强度 C—系数 Pk—金属最大压制密度时的临界压力；κ、n—系数 dmax—压力无限大时的极限密度 a、κ0—系数 f—外力，ε—应变 φ、β、K—系数 dm—致密金属密度 d0—压坯原始密度 d—压坯密度, P—压制压力 M—相当于压制模树 n—相当于硬化指数的倒数 m—相当于硬化指数 P0—初始接触应力 ρ—相对密度 θ0—(1-ρ) a=[ρ2(ρ-ρ0)]/θ0
常见成形剂：
合成橡胶、石蜡、聚乙烯，酵、乙二脂、松香
淀粉、甘油、凡土林、樟脑、油酸等 常见润滑剂： 硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钡、硬脂酸锂、 硬脂酸钙、硬脂酸铝、硫磺、二硫化钼、 石墨粉和机油
成形方法
模压成型 等静压成型 挤压成型 楔形压制 注浆成型 热压铸成型 注射成型 流延法成型 压力渗滤工艺 离心成型 凝胶铸模成型 直接凝固成型 高能成型
3、压缩性
成形性是指粉末压制后，压坯保持既定 形状的能力，用粉末得以成形的最小单位 压制压力表示，或者用压坯的强度来衡量。 压制性：是压缩性和成形性的总称。
规 律
成形性好的粉末，往往压缩性差；相 反，压缩性好的粉末，成形性差。例如 松装密度高的粉末，压缩性虽好，但成 形性差；细粉末的成形性好，而压缩性 却较差。
3
1938
dP = − LP dβ lg P max − lg P = L ( − 1) β lg P max − lg P = m lgβ
4 5 6 7 8 9 10 11
1948 1956 1961 1962 1962 1963 1963 1964~ 1980
Smith 史密斯 川北公夫 R. W. Heckel 黑克尔 尼古拉耶夫 米尔逊 库宁 尤尔钦科 平井西夫 黄培云
粉末的成形
成型是将松散的粉体加工成具有一定尺 寸、形状以及一定密度和强度的坯块。传统的 成型方法有模压成型、等静压成型、挤压成型、 扎制成型、注浆成型和热压铸成型等。近年 来，由于各学科的交叉渗透以及胶体化学、表 面活性剂化学的发展，出现了许多新的成型方 法，如压滤成型、注射成型、流延成型、凝胶 铸模成型和直接凝固成型等。
1、松装密度 粉末试样自然填充规定 的容器时，单位容器内粉末 的质量，克/厘米3。 -----规定值
(a) 装配图
(b) 流速漏斗
(c) 量杯
松装密度测定装置一
(1) 漏斗 (2) 阻尼箱 (3) 阻尼隔板 (4) 量杯 (5) 支架
松装密度测定装置二
将大小均匀的球形颗粒粉末倒入容器 时，即使颗粒进行面心立方或六方密堆排 列，堆积密度也较低, 即小于74%。通过振 动可以提高堆积密度，但是，即使采用最仔 细的振动方式，最高的振实密度也仅能达到 62.8%，并且平均配位数也低于12。 一般为了提高堆积密度，常在较大的均一 颗粒之间加入较小的颗粒。当小颗粒粉末量 增加时，粉体的表观密度先增加然后降低。
d 压=d 松+κP1/3 C=(abP)/(1+bP) ln(1-D)-1=κP+A P=σsCDln[D/(1-D)] lg(P+κ)≈-lgβ+lgPk d=dmax-(κ0/d)e-aP dε/dt=[(β/φ)tkfβ-1](df/dt）+[(K/φ)tk-1fβ′ ]f lgln[(dm-do)d]/[(dm-d)d0]=nlgP-lgM mlgln[(dm-do)d]/[(dm-d)d0]=lgP-lgM
粉末在压力下的运动行为
成型工艺主要有： 刚性模具中粉末的压制（模压） 弹性封套中粉末的等静压
粉末的板条滚压以及粉末的挤压，等。
受ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ过程的三个阶段
第一阶段：首先粉末颗粒发生重排，颗粒间的 架桥现象被部分消除且颗粒间的接触程度增 加； 第二阶段：颗粒发生弹塑性变形，塑性变形的 大小取决于粉末材料的延性。但是，同样的延 性材料在一样的压力下，并不一定得到相同的 坯体密度，还与粉末的压缩性能有关； 第三阶段：颗粒断裂。不论是原本脆性的粉体 如陶瓷粉末、还是在压制过程中产生加工硬化 的脆化粉体，都将随着施加压力的增加发生脆 性断裂形成较小的碎块。
挤压成型
凝胶铸模成型是近年来提出的一种新 型成型技术，它是把陶瓷粉体分散于 含有有机单体的溶液中形成泥浆，然 后将泥浆填充到模具中，在一定温度 和催化剂条件下有机单体发生聚合， 使体系发生胶凝，这样模内的料浆在 原位成型。经干燥后可得到强度较高 的坯体。
水 有机单体交联剂 预混液 粉末分散剂 泥浆 催化剂 引发剂 浇注 凝胶 脱模 干燥 排有机物 烧结 最终制品 检 查
凝胶铸模成型工艺
陶瓷粉料
烧结助剂
反絮凝剂 分散良好 高固相体积 分散的浆料
分散剂
注入模型
脱模
直接凝固成型
烧结
最终制品
规 律
等轴状(对称性好)粉末、粗颗粒粉 末的流动性好； 粒度组成中，极细粉末占的比例愈 大，流动性愈差，但是，粒度组成 向偏粗的方向增大时，流动性变化 不明显。
3、压缩性
代表粉末在压制过程中被压紧的能力。 在标准的模具中在规定的润滑条件下加以 测定，用规定的单位压力下粉末所达到的 压坯密度表示。通常也可以用压坯密度随 压制压力变化的曲线图表示。 压缩比： 松装粉末的高度与成型坯体高度之比。
压坯密度与压制压力的关系
在压制过程中，随着压力的增加，粉 体的密度增加、气孔率降低。人们对压 力与密度或气孔率的关系进行了大量的 研究，试图在压力与相对密度之间推导 出定量的数学公式。目前已经提出的压 制压力与压坯密度的定量公式（包括理 论公式和经验公式）有几十种之多，表 中所示为其中一部分。
表 粉末压制理论的一些理论公式和经验公式
测量方法1
流动性采用前述测松装密度的漏斗来测定。 标准漏斗(又称流速计)是用150目金刚砂粉 末，在40秒内流完50克来标定和校准的。美 国标准还规定用孔径1／5英寸的标准漏斗测 定流动性差的粉末。
测量方法2
采用粉末自然堆积角(又称安息角)试验 测定流动性。让粉末通过一粗筛网自然流下 并堆积在直径为l英寸的圆板上。当粉末堆 满圆板后，以粉末锥的高度衡量流动性，粉 末锥的底角称为安息角，也可作为流动性的 量度。锥愈高或安息角愈大，则表示粉末的 流动性愈差，反之则流动性愈好。
2、3--用二硫化钼润滑模壁
结论
在没有润滑剂的情况下，模壁摩擦 力的压力损失很大，可达60~90%。 由于压力沿压模轴向分布不均，造 成压坯的密度不均匀现象。加入润 滑剂能够改善这一现象。
成形剂
为改善粉末成形性能的一种添加物。
润滑剂
为降低粉末与模壁和模冲间的摩擦、改 善密度分布、减少压模磨损和有利于脱 模的一种添加物
5.4 5.2 松装密度，cm3 5.0 4.8 4.6 4.4 4.2 0 20 40 60 细颗粒，% 80 100
图 细颗粒（-325目）对不锈钢粗颗粒（-100+150目）松装密度的影响
2、流动性 50克粉末从标准的流速 漏斗流出所需的时间,单位为 秒／50克，其倒数是单位时 间内流出粉末的重量，俗称 为流速。
-1
12
1973
巴尔申 查哈良 马奴卡
P=3aP0ρ2(Δρ/θ0)
压制过程中力的分析
总压力 P 净压力 P静 压力损失 P损失 侧压力 P侧 模壁摩擦力 P摩 内摩擦力 P内摩 弹性力 P弹
P侧 = ξ P总 P摩 = μ ξ P总
μ ξ
摩擦系数 侧压系数
1--用硬脂酸润滑模壁 4--无润滑剂